CN109893161A - 一种基于改进梅尔非线性频段划分的心音信号特征提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于改进梅尔非线性频段划分的心音信号特征提取方法，以促进心音信号的分析和诊断。该方法对心音信号所处的500Hz以下频带进行显著非线性划分，依据此划分提取心音信号特征。
Description
技术领域
本发明涉及心音信号处理。
背景技术
心音信号是心脏收缩和舒张时血液在心脏各腔室和相连大血管中流动造成机械震动从而产生的声音，因此其中包含了与心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态相关的大量生理信息。心音的变化或杂音通常预示着先天性心脏病、瓣膜受损等心血管类疾病，具有重要临床意义。心音检测的无损伤、高重复性等特点使心音成为心血管类疾病的早期诊断的重要手段。
自上世纪80年代以来，随着数字信号处理技术和计算机技术的发展，心音信号的自动分析成为可能。目前使用较多的分析方法有时域波形法、小波变换系数法、神经网络、聚类算法等。但由于心音信号的信噪比低，极易受到环境噪声的干扰，众多方法的有效性亟待提高。
小波分析本质上是一种非线性频段划分的方法，但是以2为基的非线性划分，未结合心音本质上是音频信号的特点。
音频信号处理领域，梅尔倒谱系数(MFCC)是一种常用方法。该方法首先根据人耳对不同频率声音感知程度不同，将频域进行非线性划分，称为梅尔频率。然而，传统的梅尔频率，主要在人耳可听声(20-20000Hz)频率范围进行划分，而对于心音信号所处的500Hz以下频带，经典梅尔频率非常接近线性的。因此直接应用MFCC分析心音信号，其结果与线性频域一致，不能带来性能上的改进。
鉴于上述问题，本发明寻找梅尔频率在低频段(500Hz以下)的显著非线性划分，依据此划分提取心音信号特征，以促进心音信号的分析和诊断。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于提出一种改进的心音信号非线性频段划分方法，基于此划分提取心音信号特征，以提高识别和区分正常、非正常(多种心脏疾病)两类心音信号的准确率。
技术方案
本发明的目的是这样实现的：
对心音信号计算信号功率谱。
考虑到心音信号主要频率为500Hz以下，本发明提出将普通频率转化为非线性频率的公式为：
mel(f)＝1125*log10(1+f/280) (3)
线性频率与非线性频率在线性频率500Hz以下的对应关系如附图2所示。
将500Hz以下的区间在“梅尔”轴上均匀分割，对每个分割区间构造一个三角带通滤波器Hm(k)。
将功率谱乘以这一组L个三角带通滤波器Hm(k)
对每一个滤波器的输出求对数能量
进一步，对滤波器组的输出做离散余弦变换
即可获得改进后的梅尔频率倒谱系数；
如上所述，该方法在经典梅尔倒谱系数计算方法的基础上，根据心音信号频域特性进行改进，对于0-500Hz频段进行了非线性分割，并最终更大程度保留心音信号频域特征，适用于心音信号的特征提取和分类。
附图说明
附图1本发明的流程总体框图。
附图2线性频率与梅尔频率之间的对应关系。
附图3改进后的梅尔滤波器组。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图示说明如下。
图1是本发明一种基于改进MFCC的心音信号特征提取方法的总体实施框图。
一种基于改进MFCC的心音信号特征提取方法，步骤包括：
S1：对心音信号做快速傅里叶变换得到信号功率谱；
S2：考虑到心音信号主要频率为500Hz以下，使用公式mel(f)＝1125*log10(1+f/280)将普通频率转化为非线性频率；
S3：使用S2中的公式，将500Hz以下的频率区间在“梅尔”轴上均匀分割，对每个分割区间构造一个三角带通滤波器Hm(k)。将功率谱乘以这一组15个三角带通滤波器，对每一个滤波器的输出求对数能量
S4：对S3中滤波器组的输出做离散余弦变换即可获得改进后的梅尔频率倒谱系数。
下面以本方法的实际应用，结合附图对本发明作进一步说明。
参考图1，是本发明的实施总体框图。
参考图2，是线性频率与非线性频率之间的对应关系。在0-500Hz频带内，经典梅尔频率与线性频率之间接近线性关系，本发明提出的非线性频率划分方法中，非线性频率与线性频率之间接近对数关系。
参考图3，是改进后的梅尔滤波器组。
上述图示结果说明，本发明提出的一种基于改进梅尔非线性频段划分的心音信号特征提取方法，对低频段(500Hz以下)进行显著非线性划分，依据此划分提取心音信号特征。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (2)
1.一种基于改进梅尔非线性频段划分的心音信号特征提取方法，其特征在于：将心音信号能量主要集中的0-500Hz频段进行非线性频率划分，然后提取非线性频谱特征系数。
2.如权利要求1所述，将心音信号集中的0-500Hz频段进行非线性频率划分，其特征在于包括如下步骤：
1)使用公式mel(f)＝1125*log10(1+f/280)将普通线性频率转化为非线性频率；
2)将0-500Hz区间在“梅尔”轴上均匀分割，其对应的线性频率轴上的位置作为划分心音信号频段的依据。。
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